[发明专利]铆钉互联结构的图像传感器封装结构及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆级图像传感器封装结构及实现方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

图像传感器是将外界光信号转换成电信号，并且所获电信号经过处理，可以最终成像的半导体器件。晶圆级图像传感器封装是新型的图像传感器封装方式，相比于传统引线健合封装，具有封装尺寸小、价格便宜、且下游组装时感光区不易受污染等优点，正在受到越来越多的关注。由于图像传感器的芯片电极或芯片内部金属层与芯片感光区均位于芯片正面，所以晶圆级封装就需要将芯片正面留作感光窗口，而将芯片内部金属层从芯片正面重新分布到芯片背面，以实现与外界的互联。

实现这种正背面转移可以通过硅通孔（Through Silicon Via）互联方法。硅通孔互联即在芯片背面的硅本体上利用干法刻蚀的方法形成硅通孔、硅通孔的直径在50-100μm左右，深度在100μm左右。然后对裸露出硅包括本体及孔内的硅进行绝缘化处理，以及需要在孔底部开出互联窗口以便后续填充金属与芯片内部金属层形成接触。接着需要在孔内填充金属，以及重新分布金属线路层。这种晶圆级图像传感器封装方式由于引入了硅通孔互联，使得封装结构复杂；并且硅通孔互联技术还不成熟，往往由于孔内绝缘不好、互联窗口不完整以及金属填充不实的导致失效或可靠性不好，导致这类利用硅通孔互联进行的晶圆级图像传感器封装存在工艺难度大、互联可靠性低的问题。

其中，以美国的Tessera、韩国三星、日本东芝以及意法半导体均采用了硅通孔互连结构的封装形式，但其封装过程必须与芯片设计方能实现，对于大部分封装厂来讲，与芯片设计的协同是非常困难的，在解决封装厂不依赖芯片设计方面，虽然美国的Tessera的专利技术解决了部分问题，但是其工艺的易实现性和结构的可靠性方面都还存在较多的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的晶圆级图像传感器封装方法和结构的不足，提供不依赖于芯片设计、易于工艺实现且结构简单、互联可靠性好的铆钉互联结构的图像传感器封装结构及实现方法。

本发明的目的是这样实现的：一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构及实现方法，所述结构包括已经设置有芯片内部钝化层、芯片内部金属层及感光区的芯片本体，在芯片本体的上表面设置有隔离层，隔离层覆盖或不覆盖感光区；在隔离层上设置透光盖板，在隔离层不覆盖感光区时，透光盖板、隔离层及芯片本体之间形成空腔；在芯片本体上形成硅沟槽，且硅沟槽底部直接停止芯片内部钝化层的下表面，使芯片内部钝化层下表面裸露出来；在芯片内部钝化层和芯片内部金属层上形成盲孔Ⅰ，且盲孔Ⅰ停止于隔离层内部；在所述盲孔Ⅰ内以及芯片内部钝化层的下表面形成钉帽，在芯片本体下表面、硅沟槽内、裸露出的芯片内部钝化层的下表面以及钉帽的帽沿的表面选择性的设置绝缘层，并在所述钉帽下方的绝缘层上设置开口，形成盲孔Ⅱ，金属线路层填充于所述盲孔Ⅱ内，形成钉头，及选择的形成于绝缘层表面，钉头与所述钉帽形成铆钉互联结构，使金属线路层与钉帽形成互连，在绝缘层及金属线路层上选择性的设置线路保护层，同时在金属线路层露出线路保护层的地方设置焊球；所述结构的实现方法包括以下工艺过程：

1）、通过涂覆、曝光、显影、固化或者单纯涂覆工艺在透光盖板表面形成隔离层；

2）、通过健合的方法，使隔离层与芯片本体结合起来。优选的，健合前在隔离层上涂覆胶水形成或增加健合后隔离层与芯片本体之间的结合力； 

3）、通过晶圆片磨片及应力层去除的方法得到芯片本体的目标厚度；

4）、通过光刻结合硅刻蚀的方法形成硅沟槽；

5）、通过激光打孔的方式将芯片内部钝化层和芯片内部金属层打开，在芯片内部钝化和芯片内部金属层上形成盲孔Ⅰ，且盲孔Ⅰ停止于隔离层内部；

6）、利用溅射、光刻或电镀的方式形成钉帽；

7）、利用喷胶工艺，在芯片本体下表面、硅沟槽内、裸露出的芯片内部钝化层的下表面以及钉帽的帽沿的表面选择性的设置绝缘层；

8）、利用激光打孔方式在所述钉帽下方的绝缘层上开口，形成盲孔Ⅱ；

9）、通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成钉头和金属线路层；

10）、通过光刻的方法形成线路保护层；

11）、通过放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构及实现方法，所述隔离层覆盖感光区时，隔离层采用透光材料。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构及实现方法，所述钉帽的帽头部分填充于所述盲孔Ⅰ内，钉帽的帽沿部分紧贴芯片内部钝化层的下表面。